Cours n°14 : L’eau et les solutions aqueuses.

La molécule d’eau:

Représentation :

L’oxygène O est plus électronégatif que l’hydrogène H : le double

de covalence est + près de O que de H.

L’eau est une molécule polaire.

Propriété :

Eau = solvant polaire, cad qui dissout certains solutés pour former avec eux une solution

électrolytique.

Pour solides ioniques ou molécules polaires, dissolution en 3 étapes :

1. Dissociation : le cristal ionique (ex : NaOH) ou la molécule dipolaire (ex : HCl) se dissocient

et forment des ions en solution.

Ex : NaOH → Na+(aq) + HO-

(aq) HCl → H+ + Cl-

2. Solvatation : ions passés en solution s’entourent de H2O. Ces ions sont solvatés (ou

hydratés), à partir de là, plus de liaisons possibles entre eux.

Remarque : cas particulier du proton

Lors de solvatation, une véritable

liaison covalente se forme entre H+ et

H2O cation oxonium H3O+ (lui-

même hydraté).

H+ solvaté peut être noté H+(aq) ou H3O

+ ou H3O+

(aq). On a donc :

HCl + H2O H3O+

(aq) + Cl-

(aq)

3. Dispersion : ions solvatés se dispersent = solution homogène.

Equilibre de l’eau et constante d’équilibre :

L’autoprotolyse de l’eau :

Eau pure = mauvais conducteur de courant car contient peu d’ions.

Les ions présents sont produits par son autoprotolyse. Cependant, cette réaction est très limitée et

finit par avoir lieu dans deux sens :

OH2 H3O+

+ HO-

2 Equilibre d’autoprotolyse de l’eau

Produit ionique de l’eau :

Lorsque des espèces chimiques établissent un équilibre, on y associe une constante d’équilibre.

Soit l’équilibre : OH2 H3O

++ HO

-2

On y associe :

Considérons que [H2O] = cte donc Kc.[H2O]² = [H3O+].[HO-] = cte = Ke.

Ke = appelé produit ionique de l’eau.

Ke ne dépend que de la température : à 25°C Ke = 10-14

Remarque : A 25°C, pour l’eau pure, on a [H3O+] = [HO-] = √Ke = 10-7 mol.L-1

Le pH de l’eau pure :

Définition du pH :

Ex : Acide chlorhydrique peut être plus ou moins « riche » en ions oxonium H3O+ selon la quantité de

gaz HCl dissous. Pour connaître la « richesse » de l’acide, [H3O+] nous renseigne.

ou

Ex : [H3O+] = 10-3 mol.L-1 [H3O

+] = 1,2.10-7 mol.L-1

pH = 3 pH = 6,92

Remarque : Qd [H3O+] ↗, pH ↘.

Cas de l’eau pure :

A 25°C, le pH de l’eau pure = 7

[H3O+] = 10-7 mol.L-1

OH2 H3O+

+ HO-

2 On forme 1 mol de H3O

+ et 1 mol de HO-.

On a donc pour l’eau pure :

[H3O+] = [HO-] = 10-7 mol.L-1

Remarque : quantité de matière de chaque espèce présente dans 1L d’eau pure à 25°C.

nH3O+ = nHO- = 10-7 mol

nH2O = m/M = 1000/18 = 55,6 mol

Mesure :

pH se mesure avec:

Papier pH (papier imprégné d’une solution d’indicateurs colorés puis séché)

pHmètre = + précis (sonde pHmétrique qui mesure une tension traduite en unité de pH)

Indicateurs colorés (substance organique dont la couleur dépend du pH)

Les solutions aqueuses :

Définitions :

Solution aqueuse = dissolution d’un ou plusieurs solutés dans l’eau (= solvant)

Dissolution = phénomène limité qd le soluté ne se dissout plus = solution saturée.

Propriété :

On admet que pour tte solution aqueuse avec dissolution d’une substance dans l’eau à 25°C, on a :

Caractère acide, basique ou neutre :

Solution Acide Solution Basique Solution Neutre

Contient + de H3O+ que l’eau

pure (pr 1L).

pHsolution acide < 7

Contient + de HO- que l’eau pure (pr 1L)

pHsolution basique > 7

Contient autant de H3O+ que de

HO- que l’eau pure (pr 1L)

pHsolution neutre = 7